الرمال: البديل الاقتصادي لبطاريات الليثيوم في ثورة تخزين الطاقة الحرارية

تفتح الرمال آفاقًا جديدة لتخزين فائض الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة، وذلك عبر تحويلها إلى طاقة حرارية يمكن الاحتفاظ بها لفترات طويلة وإعادة استخدامها عند الحاجة. هذه التقنية الواعدة توفر حلاً أقل تكلفة مقارنة بالبطاريات التقليدية، ويمكن استخدام الحرارة المخزنة في تدفئة المنازل أو تشغيل العمليات الصناعية.

تكمن القيمة الاقتصادية لبطاريات الرمل في قدرتها على توفير وسيلة تخزين منخفضة التكلفة للطاقة المتجددة وتحويلها إلى حرارة يمكن الاعتماد عليها في قطاعات التدفئة والصناعة، وليس في منافسة بطاريات السيارات والأجهزة الإلكترونية. تعتمد هذه التقنية على تسخين الرمال باستخدام الكهرباء الفائضة من طاقة الرياح والشمس، ثم تخزين الحرارة داخل خزانات معزولة، لتوفير مصدر للطاقة الحرارية عند ارتفاع الطلب أو تراجع إنتاج الكهرباء المتجددة.

من أبرز التطبيقات العملية لهذه التقنية مشروع شركة "Polar Night Energy" لصالح شركة الطاقة "Lahti Energia" في مدينة فاكسوي الفنلندية. يستخدم المشروع 2400 طن من الرمال، ويتمتع بقدرة حرارية تبلغ 2 ميغاواط وسعة تخزين تصل إلى 250 ميغاواط/ساعة. ومن المتوقع أن تصبح هذه المنشأة، عند اكتمالها في صيف 2027، الأكبر عالمياً في تخزين الحرارة باستخدام الرمال، بهدف خفض 80% من استهلاك الغاز الطبيعي في شبكة التدفئة المحلية.

كيف تتحول الرمال إلى مخزن للطاقة؟

تبدأ العملية بتشغيل عناصر تسخين كهربائية ترفع درجة حرارة الهواء، ثم يمر الهواء الساخن عبر شبكة من الأنابيب داخل خزان مملوء بالرمال. تحتفظ الرمال بالحرارة بفضل خصائصها الحرارية وطبقات العزل المحيطة بالخزان، ويمكن أن تصل درجات حرارتها إلى 600 درجة مئوية. عند الحاجة إلى الحرارة، يمرر النظام هواءً بارداً عبر الرمال الساخنة لاستعادة الطاقة الحرارية، ثم ينقلها عبر مبادل حراري إلى المياه المستخدمة في شبكات التدفئة، أو إلى المعدات الصناعية التي تحتاج إلى الهواء الساخن والبخار.

تستفيد التقنية من توافر الرمال وانخفاض تكلفتها وقدرتها على تحمل درجات الحرارة المرتفعة، فضلاً عن إمكانية تخزين كميات كبيرة من الحرارة دون الاعتماد على تفاعلات كيميائية معقدة. بالإضافة إلى شبكات التدفئة، يمكن توظيف الحرارة المخزنة في قطاعات صناعية تحتاج إلى إمدادات مستمرة من الحرارة، مثل الصناعات الغذائية والورق والمنسوجات والكيماويات، التي تستخدم كميات كبيرة من الغاز والوقود.

هل تنافس بطاريات الليثيوم؟

رغم إمكاناتها في تخزين كميات كبيرة من الطاقة بكلفة أقل، لا تمثل بطاريات الرمل بديلاً كاملاً لبطاريات الليثيوم. فبطاريات الليثيوم تخزن الكهرباء وتعيد إطلاقها لتشغيل الأجهزة، بينما تخزن بطاريات الرمل الطاقة في صورة حرارة، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتدفئة والعمليات الصناعية. يتطلب تحويل الحرارة المخزنة مجدداً إلى كهرباء معدات إضافية وفقدان جزء من الطاقة. وتتوقف الجدوى الاقتصادية لهذه المشروعات على توافر الكهرباء منخفضة الكلفة، ووجود مستهلكين قريبين للحرارة المخزنة.